Ochrona przed zwarciem doziemnym to zestaw urządzeń i ustawień, które wykrywają prąd upływający do ziemi przez uszkodzoną izolację i przerywają go zanim zrani osobę lub zniszczy sprzęt. To nie jedno urządzenie, lecz dwie różne funkcje o dwóch bardzo różnych progach zadziałania: ratowanie życia w ciągu milisekund albo ochrona silnika i kabla, zanim uszkodzona izolacja przejdzie w zjawisko łuku elektrycznego.
Zwarcie doziemne to niezamierzona, niskoimpedancyjna ścieżka między przewodnikiem pod napięciem a ziemią (uziemieniem, obudową połączoną z ziemią lub przewodem uziemiającym). W zdrowym obwodzie suma wektorowa prądów w dowolnym punkcie wynosi zero. Gdy izolacja ulega przebiciu, prąd zamiast tego ucieka do uziemionej powierzchni, od kilku miliamperów do tysięcy amperów.
Zwarcia często zaczynają się niewielkie: dziurka w izolacji kabla lub zanieczyszczenie uzwojenia silnika może przeciekać kilka miliamperów przez miesiące, zanim przekształci się w zwarcie stykowe. Ten okres wzrostu jest tym, co ochrona przed zwarciami doziemnymi ma wychwycić wcześnie.
Ground Fault Circuit Interrupter (GFCI) to urządzenie do ochrony personelu. Wyłączniki różnicowoprądowe klasy A, testowane zgodnie z UL 943, muszą zadziałać, gdy prąd upływu osiągnie 6 mA i nie mogą się wyzwalać poniżej 4 mA (pasmo zadziałania 4, 6 mA), przerywając zwarcie w ciągu kilku cykli przy wyższej wartości tego zakresu.
Ten próg leży poniżej tzw. prądu „let-go”, przy którym osoba traci dobrowolną kontrolę chwytu (około 10 mA dla przeciętnego dorosłego, mniej dla osób o mniejszej masie ciała) i znacznie poniżej zakresu około 60, 100 mA związanego z ryzykiem migotania komór przy częstotliwości sieci.
Ponieważ próg jest tak niski, GFCI nie może pracować na normalnym trójfazowym obwodzie przemysłowym ani na obwodzie zasilającym silnik bez stałych fałszywych wyłączeń, więc stosuje się go przy gniazdkach i przenośnym sprzęcie, gdzie osoba może dotknąć elementu pod napięciem.
Ochrona przed zwarciem doziemnym urządzeń (GFPE), często realizowana jako przekaźnik zwarć doziemnych w parze z wyłącznikiem z cewką rozłączającą (shunt-trip), chroni przewody, aparaturę rozdzielczą i silniki przed uszkodzeniem wskutek utrzymującego się łuku, a nie osobę przed porażeniem, które mogłaby przeżyć. Ustawienia zadziałania są znacznie wyższe niż w GFCI, od kilkudziesięciu amperów do niskich tysięcy. W USA NEC 230.95 wymaga GFPE na przyłączach w układzie gwiazdy z punktem neutralnym trwale uziemionym o napięciu ponad 150 V względem ziemi (nieprzekraczającym 1000 V międzyfazowych zgodnie z obowiązującym NEC) dla każdego odłącznika przyłącza o znamionowym prądzie 1000 A lub większym, z wąskimi wyjątkami, takimi jak ciągłe procesy przemysłowe, gdzie nieuporządkowane wyłączenie stworzyłoby dodatkowe zagrożenia, oraz obwody pomp pożarowych. Tam, gdzie jest to wymagane, maksymalne ustawienie wynosi 1200 A, a zwarcia o prądzie 3000 A i większym muszą być wyczyszczone w czasie jednej sekundy lub krócej, ponieważ niskoprądowe łukowe zwarcie na dużym przyłączu może płonąć długo bez zadziałania standardowego wyłącznika lub bezpiecznika.
| Urządzenie | Chroni | Typowy próg zadziałania | Podstawa/odniesienie |
|---|---|---|---|
| GFCI (klasa A) | Osoby | 4, 6 mA | UL 943 |
| GFPE / przekaźnik zwarć doziemnych | Sprzęt, przewody, aparatura rozdzielcza | Kilkadziesiąt amperów do maks. 1200 A | NEC 230.95 |
Uzwojenia silników i izolacja kabli są częściami systemu najbardziej narażonymi na naprężenia powodujące zwarcia doziemne: starzenie termiczne wskutek przegrzewania, wilgoć i zanieczyszczenia przenikające przez lakier uzwojeń lub osłony kabli oraz ścieranie mechaniczne.
Gdy rezystancja izolacji spadnie na tyle, że zacznie popuszczać prąd do uziemionej ramy lub ekranu, ten upływ generuje miejscowe nagrzewanie, które dalej pogarsza izolację, a utrzymywane zwarcie ma tendencję do eskalacji z jednofazowego upływu do zwarcia międzyfazowego lub niszczącego łuku.
Wczesne wykrycie tego, w połączeniu z okresowymi pomiary rezystancji izolacji , jest znacznie tańsze niż wymiana stojana.
Silniki utrzymywane w granicach temperatur swojej klasy izolacyjnej starzeją się znacznie wolniej niż silniki pracujące gorąco z powodu przeciążenia lub pracy w pojedynczej fazie, więc narastający trend zwarć doziemnych często sprowadza się do przyczyny termicznej.
Duże przyłącza często stosują kilka z tych metod równocześnie: GFCI przy gniazdku dla ochrony personelu, przekaźnik zwarć doziemnych przy przyłączu lub zasilaczu dla ochrony sprzętu oraz pomiary rezystancji izolacji na krytycznych silnikach między inspekcjami. Testy okresowe wykryją degradację tylko wtedy, gdy test zostanie wykonany po tym, jak uszkodzenie już postąpiło.
Trend (rosnący prąd upływu, spadająca rezystancja izolacji, silnik pracujący cieplej niż w stanie odniesienia) daje zespołowi utrzymania ruchu czas na reakcję, ta sama logika odnosi się do awarii łożysk i innych postępujących uszkodzeń.
Fabrico odczytuje stan maszyn i OEE bezpośrednio z linii i automatycznie kieruje zlecenie pracy w chwili wykrycia straty, wykorzystując widzenie komputerowe do uchwycenia sygnałów fizycznych i termicznych, których same czujniki elektryczne mogą nie wychwycić. Produkt jest zbudowany w UE z lokalizacją danych w UE oraz certyfikatami ISO 27001, ISO 20000-1 i ISO 9001.
Zarezerwuj demo Fabrico , aby zobaczyć, jak to zamyka pętlę między wykryciem a zaplanowaną naprawą.
Nie. Wyłączniki różnicowoprądowe klasy A zadziałają w zakresie 4, 6 mA, znacznie poniżej normalnego upływu większości przemysłowych obwodów silnikowych, co powodowałoby stałe nieuzasadnione wyłączenia. Obwody silników i zasilające stosują przekaźniki zwarć doziemnych lub GFPE ustawione na znacznie wyższe progi, dobrane do ochrony sprzętu, a nie dłoni.
W USA NEC 230.95 wymaga tego w układach gwiazdy z punktem neutralnym trwale uziemionym o napięciu ponad 150 V względem ziemi (nieprzekraczającym 1000 V międzyfazowych zgodnie z obowiązującym NEC) dla odłączników przyłącza o znamionowym prądzie 1000 A lub większym, z ograniczonymi wyjątkami takimi jak ciągłe procesy przemysłowe i pompy pożarowe.
Izolacja degraduje się kumulatywnie wskutek starzenia termicznego, wilgoci i zanieczyszczeń. W miarę spadku rezystancji przez lata eksploatacji, warunki, które nowe uzwojenie łatwo tolerowało, mogą dawać mierzalny upływ, dlatego monitorowanie trendów rezystancji izolacji i prądu zwarć doziemnych jest bardziej informatywne niż jednorazowy test przejściowy.
Zwarcie (short circuit) to niezamierzony niskoimpedancyjny kontakt między dwoma przewodnikami pod napięciem, na przykład faza do fazy. Zwarcie doziemne to konkretnie połączenie między przewodnikiem pod napięciem a ziemią i często zaczyna się jako niskoprądowy upływ, który eskaluje, podczas gdy zwarcie stykowe zwykle od razu generuje wysoki prąd zwarciowy.
Zaloguj
Blog
